JPH055148A - 高強度高靱性アルミニウム合金鋳物およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】靱性阻害元素であるＳｉ量を可能な限り低減す
るとともに、強度、靱性向上元素を増加することによ
り、強度および靱性を改善し、信頼性を向上させ、ま
た、高強度高靱性アルミニウム合金鋳物を容易かつ安価
に鋳造できるようにする。 【構成】Ｓｉ：２．５〜４．４ｗｔ％、Ｃｕ：１．５〜
２．５ｗｔ％、Ｍｇ：０．２〜０．５ｗｔ％を含み残部
実質的にＡｌからなり、マトリックス中のデンドライト
の大きさが３０μｍ以下であることを特徴とする高強度
高靱性アルミニウム合金鋳物、および、前記の組成とな
るように原料を溶解し、この溶湯を２５０〜１５００ｋ
ｇｆ／ｃｍ² の圧力を加えて、加圧鋳造により金型に鋳
込み、得られた部材を溶体化処理することを特徴とする
高強度高靱性アルミニウム合金鋳物の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、たとえば自動車部品な
ど、特に強度、靱性が必要とされる部材に最適な高強度
高靱性アルミニウム合金鋳物（以下、単にアルミニウム
合金鋳物と記す。）およびその鋳造方法に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】従来からアルミニウム合金鍛造品（たと
えば、ＪＩＳ ６０６１など）は、内部欠陥が少なく、
強度および靱性が優れるなど、品質的に信頼性が高いと
いう利点があるが、コストが高いという問題があった。
一方、アルミニウム合金鋳物（たとえば、ＪＩＳ ＡＣ
４Ｃなど）は、鍛造品と比べて低コストという利点があ
るが、強度および靱性が低いことと信頼性が低いことか
ら製品を大きくしなければならず重量アップになり、ア
ルミニウム合金を使った軽量化というメリットが低下し
てしまう。

【０００３】また、アルミニウム合金鋳物が鍛造品に比
べて強度および靱性が低いことの原因の一つとして、鋳
造性を向上させるために添加しているＳｉが、特に靱性
を低下させていることが考えられる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明においては、靱
性阻害元素であるＳｉ量を可能な限り低減するととも
に、強度、靱性向上元素を増加することにより、強度お
よび靱性を改善し、信頼性を向上させることを第１の課
題とし、所定圧力の印加によりこの合金鋳物を容易に鋳
造できるようにすることを第２の課題とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明の第１
発明においては、Ｓｉ：２．５〜４．４ｗｔ％、Ｃｕ：
１．５〜２．５ｗｔ％、Ｍｇ：０．２〜０．５ｗｔ％を
含み残部実質的にＡｌからなり、マトリックス中のデン
ドライトの大きさが３０μｍ以下の高強度高靱性アルミ
ニウム合金鋳物とすることにより上述の第１の課題を解
決した。

【０００６】また、本発明の第２発明においては、Ｓ
ｉ：２．５〜４．４ｗｔ％、Ｃｕ：１．５〜２．５ｗｔ
％、Ｍｇ：０．２〜０．５ｗｔ％を含み残部実質的にＡ
ｌとなるように、または、Ｓｉ：２．５〜４．４ｗｔ
％、Ｃｕ：１．５〜２．５ｗｔ％、Ｍｇ：０．２〜０．
５ｗｔ％、Ｓｒ：０．００５〜０．２ｗｔ％を含み残部
実質的にＡｌとなるように原料を溶解し、前記原料の溶
湯を２５０〜１５００ｋｇｆ／ｃｍ² の圧力を加えて、
加圧鋳造により金型に鋳込み、得られた部材を溶体化処
理することにより第２の課題を解決した。

【０００７】以下、本発明をさらに詳細に説明する。ま
ず、本発明の第１および第２発明の両方に共通する化学
成分およびその添加量の限定理由は、次の通りである。 （ａ）Ｓｉ Ｓｉは、靱性および鋳造性に影響を及ぼ
す。つまり、Ｓｉの添加量が、２．５ｗｔ％以下では鋳
造性が悪く、鋳造割れが発生してしまう。また、Ｓｉの
添加量が、４．４ｗｔ％以上では靱性が低下する。した
がって、Ｓｉの添加量は、２．５〜４．４ｗｔ％とす
る。なお、Ｓｉの添加量は、３．０〜４．０ｗｔ％とす
るのがより好ましい。

【０００８】（ｂ）Ｃｕ Ｃｕは、強度向上に有効な材
料である。しかし、Ｃｕの添加量が、１．５ｗｔ％以下
では強度向上に効果がない。また、Ｃｕの添加量が、
２．５ｗｔ％以上では耐食性、応力腐食割れ性が悪化す
る。したがって、Ｃｕの添加量は、１．５〜２．５ｗｔ
％とする。なお、Ｃｕの添加量は、１．８〜２．３ｗｔ
％とするのがより好ましい。

【０００９】（ｃ）Ｍｇ Ｍｇは、強度向上に有効な材
料である。しかし、Ｍｇの添加量が、０．２ｗｔ％以下
では強度向上に効果が少ない。また、Ｍｇの添加量が、
０．５ｗｔ％以上では靱性が低下する。したがって、Ｍ
ｇの添加量は、０．２〜０．５ｗｔ％とする。なお、Ｍ
ｇの添加量は、０．３〜０．５ｗｔ％とするのがより好
ましい。

【００１０】（ｄ）Ｓｒ 本発明のアルミニウム合金鋳
物およびその製造方法の原料においては、さらにＳｒを
０．００５〜０．２重量％含有することがより好まし
い。Ｓｒは、共晶Ｓｉの微細化および球状化に有効な元
素であり、アルミニウム合金鋳物の強度および靱性に影
響を及ぼす。特に、かかる機械的特性の安定化に寄与す
る。また、Ｓｒは、共晶組織の偏析を抑制するのにも有
効な元素である。しかし、Ｓｒの添加量が、０．００５
ｗｔ％以下では共晶Ｓｉ相の球状化および微細化が不十
分である。また、Ｓｒの添加量が、０．２ｗｔ％以上で
はＳｒ化合物が晶出し、機械的性質、特に、伸びが低下
する。したがって、Ｓｒの添加量は、０．００５〜０．
２ｗｔ％とすることがより好ましい。

【００１１】なお、Ｓｒは、従来、凝固速度が遅いＡｌ
−Ｓｉ系合金の共晶Ｓｉ相を改良するために時折添加さ
れていた。しかし、本発明のアルミニウム合金鋳物のよ
うに凝固速度が速い鋳物の製造方法においては、共晶Ｓ
ｉ相が微細に晶出することから、Ｓｒの添加による効果
は小さいと考えられていたので、Ｓｒを添加することは
なかった。しかし、本発明の発明者らは、凝固速度が速
いアルミニウム合金鋳物に敢えてＳｒを添加し、共晶Ｓ
ｉ相をより微細化、かつ、球状化することによって、ア
ルミニウム合金鋳物の機械的性質がバラツキなく発現す
るようにした。また、加圧により発生し易い共晶組織の
偏析を抑える効果もあり、Ｓｒの添加は、アルミニウム
合金鋳物に優れた機械的性質を安定して付与するという
効果を奏するものである。

【００１２】本発明の第１発明におけるデンドライトの
大きさの限定理由は、次の通りである。すなわち、デン
ドライトの大きさは小さい程、強度および靱性が向上す
るため望ましい。しかし、３０μｍを越えると靱性が低
下してしまうため、３０μｍ以下とする。なお、デンド
ライトの大きさは、２５μｍ以下とするのがより好まし
い。

【００１３】本発明の第２発明の加圧鋳造において溶湯
に加える圧力の限定理由は、次の通りである。本発明に
よるアルミニウム合金鋳物は、鋳造性が良くない為、溶
湯は２５０〜１５００ｋｇｆ／ｃｍ² で加圧するのが望
ましい。２５０ｋｇｆ／ｃｍ² 以下の加圧では、鋳物の
厚肉部で引け巣が発生し鋳造割れの原因となる。また、
１５００ｋｇｆ／ｃｍ² 以上の加圧では、鋳造性はほと
んど変化しない。したがって、溶湯に加える圧力は、２
５０〜１５００ｋｇｆ／ｃｍ² とする。なお、この圧力
は、３００〜１０００ｋｇｆ／ｃｍ² とするのがより好
ましい。

【００１４】また、本発明の第２発明における熱処理に
ついては、溶体化温度が高いほど合金中に、Ｃｕ、Ｍ
ｇ、Ｓｉなどの元素が良く拡散し、また溶体化処理時間
も短縮できるので良い。しかし、溶体化温度が余り高い
とバーニング現象が生じ、強度が著しく低下する。この
ため、この合金の溶体化処理の条件として、５２０〜５
５０℃で３〜１０時間保持した後、水にて焼入する。な
お、５３０〜５３５℃で３〜６時間保持するのがより好
ましい。その後、戻し温度１５０〜１９０℃で２〜１０
時間保持する。なお、戻し温度１６０〜１８０℃で２〜
６時間保持するのがより好ましい。このような条件で溶
体化処理を施すことにより、通常の溶体化処理ではＡｌ
マトリックス中に十分に固溶できなかったＣｕ、Ｍｇ、
Ｓｉなどの元素を、Ａｌマトリックス中に十分量かつ均
一に固溶させることができるとともに、共晶Ｓｉ相を良
く球状化することができる。この結果、本発明の熱処理
によって、アルミニウム合金鋳物の強度および靱性が、
従来の熱処理に比べて格段に向上する。

【００１５】なお、球状化された共晶Ｓｉ相の大きさ
は、２０μｍ以下であることが好ましい。球状化された
共晶Ｓｉ相の大きさをこのような範囲とすることは、ア
ルミニウム合金鋳物の強度および靱性の向上に大きく寄
与するものである。また、前記したように、本発明のア
ルミニウム合金鋳物およびその製造方法の原料に、さら
にＳｒを０．００５〜０．２重量％含有することは、共
晶Ｓｉ相の球状化を促進するとともに、その大きさを１
０μｍ以下とより微細化することができる。このよう
に、Ｓｒの添加は、アルミニウム合金鋳物の強度および
靱性に好影響を及ぼすものである。

【００１６】また、鋳造時溶湯中に空気を巻き込むこと
によって不良が発生するのを防止するため、鋳込む前に
鋳型内を３０Ｔｏｒｒ以下の真空とするのが望ましい。

【００１７】

【発明の作用および効果】本発明においては、添加する
Ｓｉ量を抑えるとともに、マトリックス中のデンドライ
トの大きさを微細化したので、アルミニウム合金鋳物の
靱性が向上した。また、Ｃｕ、Ｍｇを所定量添加するこ
とによって、本発明においては、アルミニウム合金鋳物
の強度を向上させた。

【００１８】また、添加するＳｉ量を抑えたことによる
鋳造性の悪化は、所定圧力で加圧鋳造することによって
最小限に抑えることができる。さらに、適切な熱処理に
よってアルミニウム合金鋳物の強度を増大させることが
できる。このように、本発明は、高強度高靱性アルミニ
ウム合金鋳物およびそれを低コストで製造する方法の提
供を可能とするものである。本発明のアルミニウム合金
鋳物は、従来のアルミニウム合金鋳物よりも当然に、さ
らには従来のアルミニウム鍛造品よりも、強度および靱
性に優れている。したがって、本発明のアルミニウム合
金鋳物は、信頼性が高いものである。

【００１９】

【実施例】

（第１実施例）以下、本発明による実施例を説明する。
第１実施例においては、Ｓｉ：４．０ｗｔ％、Ｃｕ：
２．０ｗｔ％、Ｍｇ：０．３ｗｔ％を含み残部実質的に
Ａｌおよび不可避の不純物からなる組成のアルミニウム
合金となるように原料を溶解、鋳造し、サスペンション
ア−ムを作製した。

【００２０】まず、鋳造には、図１に示す鋳造装置を用
いた。この鋳造装置は、鋳型に形成されたキャビティー
１と、キャビティー１と溶解炉２とを接続する溶湯供給
通路３とを備えた加圧鋳造装置である。鋳造するにあた
って、初めに溶解炉２にて溶湯４の温度を７２０℃と
し、その組成をＳｉ：４．０ｗｔ％、Ｃｕ：２．０ｗｔ
％、Ｍｇ：０．３ｗｔ％を含み残部実質的にＡｌおよび
不可避の不純物からなるアルミニウム合金となるよう調
整した。また、鋳造は、鋳型の型温を２００℃に保ちな
がら行った。

【００２１】以下にその鋳造方法について述べる。ま
ず、真空ポンプ５を作動させ、真空経路６を通ってキャ
ビティー１内を排気し、キャビティー１内の圧力を１５
Ｔｏｒｒとした。つぎに、この真空工程が完了する寸前
に、減圧ポンプ７を作動させ、減圧経路８を通ってリザ
ーバ９、溶湯供給通路３内を減圧して、溶解炉２内の前
記溶湯４を仕切り部材１０直下まで上昇させた。

【００２２】この工程が完了すると同時に、仕切り部材
１０を速やかに上昇させ、キャビティー１と溶湯供給通
路３との連通路１１を連通させた。このとき、キャビテ
ィー１内と溶湯供給通路３内との圧力差により溶湯４は
キャビティー１へ流入する。このとき堰部１２を溶湯が
通過するときの速度（ゲ−ト速度）は３０００mm/sであ
った。

【００２３】つぎに、キャビティー１が溶湯４で満たさ
れると同時に、仕切り部材１０を下降させてキャビティ
ー１を密閉し、加圧力１０００ｋｇｆ／ｃｍ² となるよ
うに加圧部材１３を下降させ、キャビティー１内の溶湯
を加圧凝固させた。このようにしてできた鋳造材に５３
５℃で３時間の溶体化処理を施した。これより、Ｃｕ、
Ｍｇ、Ｓｉをマトリックス中へ速やかにかつ十分量を均
一に固溶させることができた。ついで、８０℃の水にて
焼入れを行い、その後１６０℃で５時間の焼戻しを行い
合金鋳物としてのサスペンションア−ムを得た。このサ
スペンションア−ムの最小肉厚は、３ｍｍであった。

【００２４】得られたサスペンションア−ムにつき引張
り試験を行った。その結果、このサスペンションア−ム
の強度は３９ｋｇｆ／ｍｍ² であり、靱性を表す伸びは
１４％であった。また、このサスペンションア−ムの組
織を光学顕微鏡で観察した。この観察によれば、そのデ
ンドライトの大きさは、マトリッス中で約２０μｍであ
り、その組織中で共晶Ｓｉ相が良く球状化されているこ
とが分かった。

【００２５】比較のため、材料を従来のアルミニウム合
金（ＪＩＳ ＡＣ４ＣＨ）にかえた他は第１実施例と同
条件でサスペンションア−ムを鋳造し、比較例１とし
た。なお、従来のアルミニウム合金ＡＣ４ＣＨは、Ｓ
ｉ：８．１ｗｔ％、Ｍｇ：０．３ｗｔ％を含み残部実質
的にＡｌおよび不可避の不純物からなるものである。比
較品１についても第１実施例と同様の引張り試験を行っ
た。その結果、このサスペンションア−ムの強度は３０
ｋｇｆ／ｍｍ² であり、伸びは４％であった。また、こ
のサスペンションア−ムの組織も光学顕微鏡で観察し
た。この観察によれば、そのデンドライトの大きさは、
マトリッス中で最大約３５μｍであり、その組織中で共
晶Ｓｉ相が適切に微細化されていないことが分かった。

【００２６】さらに、第１実施例で用いた鋳造装置を用
いて、その真空工程におけるキャビティー１内の真空度
と、溶湯４が空気を巻き込むことによる不良率の関係を
調べた。この結果を図２に示す。図２により、この鋳造
装置の場合、真空度を３０Ｔｏｒｒ以下とすると、不良
率がほとんど０となることが分かる。このキャビティー
１内の真空度と不良率の関係は、キャビティー１の形状
に係わらず、前記したような鋳造方法を用いた全て場合
について成り立つ関係である。

【００２７】第１実施例のようにキャビティー１を真空
にした後鋳造する方法をとることは、特に肉厚部材の鋳
造などの空気の巻き込みによる不良発生の防止に有効で
ある。 （第２実施例）第２実施例においては、第１実施例にか
かるサスペンションア−ム用のキャビティーを自動車用
キャリアの形状とした他は、実質的に第１図に示すもの
と同じ鋳造装置を用いて、本発明によるアルミニウム合
金（Ｓｉ：３．０ｗｔ％、Ｃｕ：２．５ｗｔ％、Ｍｇ：
０．４ｗｔ％を含み残部実質的にＡｌおよび不可避の不
純物からなる合金）を鋳造した。鋳造条件は、溶湯温度
７００℃、型温２００℃、溶湯注入前のキャビティー１
の真空度１５Ｔｏｒｒ、ゲ−ト速度１０００ｍｍ／ｓ、
加圧部材１３による加圧力８００ｋｇｆ／ｃｍ² とし
た。

【００２８】また、できた鋳造材の熱処理として、５３
５℃で３時間の溶体化処理後８０℃の水中で焼入れを行
い、これに１８０℃で３時間の焼戻しを行った。このよ
うにして、第２実施例の自動車用キャリアを得た、その
最小肉厚は５ｍｍであった。また、マトリックス中でそ
のデンドライトの大きさは約２０μｍであった。比較の
ため、材料を従来のアルミニウム合金（ＪＩＳ ＡＣ４
ＣＨ）にかえた他は第２実施例と同条件で自動車用キャ
リアを鋳造し、比較例２とした。第２実施例および比較
例２の自動車用キャリアの引張り試験を行った。その結
果、第２実施例の自動車用キャリアの強度は４１ｋｇｆ
／ｍｍ² であり、伸びは１０％であった。一方、比較例
２の自動車用キャリアの強度は３１ｋｇｆ／ｍｍ² であ
り、伸びは６％であった。このように、第２実施例の自
動車用キャリアが、比較例２のそれよりも格段に優れた
強度と靱性を示したことは、明らかである。 （評価試験） （第１評価試験）第１評価試験によりＳｉの添加量の限
定理由を述べる。まず、Ｓｉの添加量を変化させたとき
の鋳造品の伸びの変化を測定した結果について述べる。
第１評価試験は、以下のように実施した。

【００２９】すなわち、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ−Ｍｇ合金
で、Ｃｕ：２．０ｗｔ％、Ｍｇ：０．３ｗｔ％、Ｓｉ：
１．０、２．０、３．０、４．０、５．０、６．０、
７．０ｗｔ％とそれぞれ変化させかつ残部Ａｌからなる
合金を、溶解し、溶湯温度８００℃、型温１５０℃の条
件で注湯し、溶湯に５００ｋｇｆ／ｃｍ² の圧力をかけ
ながら凝固させて、直径３０ｍｍの円柱形のテストピー
ス素材を７個得た。

【００３０】また、比較のため、同じ鋳型、同じ合金を
用いて、溶湯温度７６０℃、型温１５０℃の条件で溶湯
にかかる押湯圧力が約０．１ｋｇｆ／ｃｍ² の重力鋳造
を行いテストピース素材をもう７個得た。このテストピ
ース素材からＪＩＳ４号試験片を削り出し、その試験片
を組成に応じて５３０〜５４０℃で４時間の溶体化処理
後、８０℃の水中で焼入れを行い、そして、１６０℃で
４時間の焼戻しを行った。このようにして得た熱処理後
の試験片を用いて引張り試験を行った。この結果を図３
に示す。

【００３１】図３から分かるように、圧力鋳造、重力鋳
造ともにＳｉの添加量が４．４ｗｔ％以上では十分な伸
びが期待出来ない。また、５００ｋｇｆ／ｃｍ² の圧力
鋳造の場合でＳｉの添加量が４．４ｗｔ％以下の時は、
重力鋳造でＳｉの添加量が１．０ｗｔ％の時よりも伸び
がある。つぎに、第１評価試験において、Ｓｉの添加量
を変化させたときの鋳造品の割れ発生率を調べた結果に
ついて述べる。この評価試験は、以下のように実施し
た。

【００３２】すなわち、前記した引張り試験の場合と同
様の組成の合金を同様の条件で、鋳型を用いて、最大径
２０ｍｍ、最小径８ｍｍの円管形状鋳型に鋳込みテスト
ピースを得た。このテストピースを用いて割れの発生の
評価を目視で行った。この結果を図４に示す。図４から
分かるように、重力鋳造の場合Ｓｉの添加量が５．０ｗ
ｔ％以下では割れが発生してしまう。一方、５００ｋｇ
ｆ／ｃｍ² の圧力鋳造を行ったものは、Ｓｉの添加量が
２．５ｗｔ％以下にならないと割れが発生しなかった。

【００３３】以上の引張り試験と割れ発生不良率試験の
結果によれば、鋳造割れの発生がなく十分な伸び（靱
性）を示す鋳物を得る為には、高圧鋳造をする必要があ
る。しかも、５００ｋｇｆ／ｃｍ² の高圧鋳造時、Ｓｉ
の添加量を２．５〜４．４ｗｔ％の範囲とする必要があ
る。 （第２評価試験）第２評価試験によりＣｕの添加量の限
定理由を述べる。第２評価試験においては、Ｃｕの添加
量を変化させたときの鋳造品の引張り強度の変化を測定
した結果について述べる。第２評価試験は、以下のよう
に実施した。

【００３４】すなわち、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ−Ｍｇ合金
で、Ｓｉ：３．０ｗｔ％、Ｍｇ：０．３ｗｔ％、Ｃｕ：
０、０．５、１．０、１．５、２．０、２．５、３．０
ｗｔ％と変化させたもので、残部Ａｌからなる合金を、
溶解し、溶湯温度８００℃、型温１５０℃の条件で鋳型
に注湯して、溶湯に５００ｋｇｆ／ｃｍ² の圧力をかけ
鋳造を行い直径３０ｍｍの円柱形のテストピース素材を
７個得た。

【００３５】このテストピース素材からＪＩＳ４号試験
片を削り出し、その試験片を組成に応じて５３０〜５４
０℃で４時間の溶体化処理後、８０℃の水中で焼入れを
行い、そして、１６０℃で４時間の焼戻しを行った。こ
のようにして得た熱処理後の試験片を用いて引張り試験
を行った。この結果を図５に示す。図５より分かるよう
に、Ｃｕの添加量が１．５ｗｔ％以下では引張り強度が
減少する。また、Ｃｕは多量に添加すると耐食性、応力
腐食割れ性が悪化することが知られている。図５より、
Ｃｕを２．５ｗｔ％以上添加しても、引張り強度はほと
んど向上しないことが分かる。それゆえ、５００ｋｇｆ
／ｃｍ² の圧力鋳造時、Ｃｕの添加量が１．５〜２．５
ｗｔ％の範囲で、引張り強度があり、かつ、耐食性およ
び応力腐食性も良好な鋳造品を得ることが出来る。 （第３評価試験）第３評価試験によりマトリックス中の
デンドライトの大きさと限定理由を述べる。第３評価試
験においては、マトリックス中のデンドライトの大きさ
を変化させたときの鋳造品の伸び（靱性）の変化を測定
した結果について述べる。第３評価試験は、以下のよう
に実施した。

【００３６】すなわち、Ｓｉ：３．０ｗｔ％、Ｍｇ：
０．３ｗｔ％、Ｃｕ：２．０ｗｔ％で、残部実質的にＡ
ｌおよび不可避の不純物からなる組成のアルミニウム合
金を溶解し、溶湯温度７５０℃、型温１５０℃の条件で
鋳型に溶湯を注入した。溶湯にかける圧力を変化させて
鋳造を行い、直径３０ｍｍの円柱状のテストピース素材
を得た。

【００３７】このテストピース素材からＪＩＳ４号試験
片を削り出し、その試験片を５３５℃で４時間の溶体化
処理後、８０℃の水中で焼入れを行い、そして、１６０
℃で４時間の焼戻しを行った。このようにして得た熱処
理後の試験片を用いて引張り試験を行った。また、この
とき引張り試験に用いた試験片を切断し、切断した断面
中央部のデンドライトの大きさを測定した。それぞれの
試験片のデンドライトの大きさと伸びの関係を図６に示
す。

【００３８】図６から分かるように、デンドライトの大
きさが３０μｍより大きくなると伸びが急激に低下す
る。よって、マトリックス中のデンドライトの大きさを
３０μｍ以下とする。 （第４評価試験）第４評価試験により鋳造圧力の限定理
由を述べる。第１評価試験、第２評価試験における伸
び、割れ発生率、引張り強度は材料の組織の細かさと密
接な関係があることが知られている。前記した第１およ
び第２評価試験においては、鋳造は、５００ｋｇｆ／ｃ
ｍ² の鋳造圧力をかけて行ったが、第４評価試験では、
この圧力を変化させて最適な鋳造圧力を求めた。

【００３９】第４評価試験においては、鋳造圧力を変化
させたときの鋳造品におけるマトリックス中のデンドラ
イトの大きさを測定したときの結果について述べる。第
４評価試験は、以下のように実施した。すなわち、Ｓ
ｉ：３．０ｗｔ％、Ｍｇ：０．３ｗｔ％、Ｃｕ：２．０
ｗｔ％で、残部実質的にＡｌの組成のアルミニウム合金
となるよう原料を溶解し、溶湯温度７５０℃のもと直径
３０ｍｍの円柱状の鋳型を用いて、テストピース素材を
鋳造した。なお、この時、型温を２５０℃および１００
℃に保ち、鋳造圧力を変化させた時のデンドライトの大
きさを測定した。第４評価試験の結果を図７に示す。

【００４０】一般的な肉厚を有する鋳物の場合、鋳型温
度１００℃で十分鋳型内に湯が回る。しかしながら、最
小肉厚が３ｍｍ程度まで小さくなると鋳型温度を２５０
℃まで上げないと十分鋳型内に湯が回らなくなる。すな
わち、鋳型温度が２５０℃の場合、図７より明らかなよ
うに、鋳造圧力が２５０ｋｇｆ／ｃｍ² 以下ではデンド
ライトの大きさが３０μｍから急激に大きくなり、第３
評価試験で述べたように伸びが大きく低下する。一方、
鋳造圧力を１５００ｋｇｆ／ｃｍ² 以上に上げても、デ
ンドライトの大きさはほとんど変化せず、伸びも変化し
ない。加えて、鋳造圧力を上げるには、設備的にも困難
であり、コストもかかる。よって、鋳造圧力を２５０〜
１５００ｋｇｆ／ｃｍ² とする。

【００４１】なお、第１評価試験および第２評価試験で
は、鋳造圧力として５００ｋｇｆ／ｃｍ² の圧力を溶湯
にかけて、ＳｉとＣｕの添加量の限定を行ってきたが、
第７図より分かるように、鋳造圧力が２５０〜１５００
ｋｇｆ／ｃｍ² の範囲ではデンドライトの大きさはほと
んど変化せず、また、鋳造性と機械的特性はこのデンド
ライトの大きさと関係しているため、第１評価試験およ
び第２評価試験で行ったＳｉとＣｕの添加量の限定は鋳
造圧力が２５０〜１５００ｋｇｆ／ｃｍ² の範囲で適応
できる。 （第５評価試験）本発明のアルミニウム合金鋳物の引張
り強度と伸びを、従来のアルミニウム合金鋳物および従
来のアルミニウム合金鍛造品のそれとを比較するため
に、第５評価試験を行った。第１実施例と同一の原料を
用いて、第１実施例のアルミニウム合金鋳物を調製した
のと同一の条件で、本発明のアルミニウム合金鋳物を調
製した。また、従来のアルミニウム合金（ＪＩＳ ＡＣ
４ＣＨ）を用いて、第１実施例のアルミニウム合金鋳物
を調製したのと同一の条件で、従来のアルミニウム合金
鋳物を調製した。さらに、従来のアルミニウム合金（Ｊ
ＩＳ ６０６１）を用いて、従来のアルミニウム合金鍛
造品を調製した。しかし、第５評価試験においては、鋳
物および鍛造品は第１評価試験で調製した３０ｍｍの円
柱状のテストピース素材に形成し、このテストピース素
材をＪＩＳ４号試験片の形状をもつ試験片に切削した。
従来のアルミニウム合金ＡＣ４ＣＨは、８．１重量％の
Ｓｉと、０．３重量％のＭｇと、残部実質的にＡｌと不
可避の不純物からなるものである。従来のアルミニウム
合金６０６１は、０．６重量％のＳｉと、１．０重量％
のＭｇと、残部実質的にＡｌと不可避の不純物からなる
ものである。

【００４２】このようにして調製した試験片につき引張
り試験を行い、その引張り強度と伸びを評価した。第５
評価試験の結果を図８に示す。図８から明らかなよう
に、本発明のアルミニウム合金鋳物の引張り強度および
それに加えてその伸びは、従来のアルミニウム合金鋳物
のそれに較べて格段に優れているものであり、それは従
来のアルミニウム合金鍛造品のそれをも凌駕するもので
あった。それゆえ、本発明のアルミニウム合金鋳物は、
軽量化の必要があり、かつ、改善された強度を示さなけ
ればならない自動車用部品を生産するために使用するこ
とができる。 （第６評価試験）本発明のアルミニウム合金鋳物の疲労
強度を、従来のアルミニウム合金鍛造品のそれとを比較
するために、第６評価試験を行った。第１実施例と同一
の原料を用いて、第１実施例のアルミニウム合金鋳物を
調製したのと同一の条件で、本発明のアルミニウム合金
鋳物を調製した。また、従来のアルミニウム合金（ＪＩ
Ｓ６０６１）を用いて、従来のアルミニウム合金鍛造品
を調製した。しかし、第６評価試験においては、鋳物お
よび鍛造品は第１評価試験で調製した３０ｍｍの円柱状
のテストピース素材に形成し、このテストピース素材を
ＪＩＳ４号試験片の形状をもつ試験片に切削した。

【００４３】このようにして調製した試験片につき疲労
強度試験を行い、それが負荷および非負荷サイクルに繰
返し曝された時の疲労強度を評価した。なお、試験片
は、３００ｒｐｍの速度で運転される回転式曲げ応力試
験機に取り付けた。第６評価試験の結果を図９に示す。
本発明のアルミニウム合金鋳物の疲労強度は、従来のア
ルミニウム合金鍛造品のそれを凌駕するものであったこ
とを、図９は明らかに示している。それゆえ、本発明の
アルミニウム合金鋳物は、従来のアルミニウム合金鍛造
品よりも高靱性であり、このような優れた靱性は、従来
のアルミニウム合金鍛造品のそれよりも長く持続するも
のである。 （第３実施例）第３実施例においては、第１実施例のサ
スペンションア−ムを作製したのと同一の鋳造条件で、
Ｓｉ：４．０ｗｔ％、Ｃｕ：２．０ｗｔ％、Ｍｇ：０．
４ｗｔ％に加えて、所定量のＳｒを含み、残部実質的に
Ａｌおよび不可避の不純物からなる本発明によるアルミ
ニウム合金を鋳造し、直径３０ｍｍの円柱形のテストピ
ース素材を得た。なお、Ｓｒの添加量は、０、０．００
２、０．００５、０．０１、０．０５、０．１、０．
２、０．３ｗｔ％と変化させた。このテストピース素材
からＪＩＳ４号試験片を削り出し、第１実施例のサスペ
ンションア−ムに施したのと同一の溶体化処理条件で、
その試験片に溶体化処理を行った。このようにして得た
熱処理後の試験片を切断し、切断した断面中央部の共晶
Ｓｉ相の最大粒径を測定した。この結果を図１０に示
す。

【００４４】図１０から分かるように、Ｓｒを０．００
５ｗｔ％以上添加すると、共晶Ｓｉ相の微細化の効果が
現れ、機械的性質、特に、伸びが向上する。また、Ｓｒ
を０．２ｗｔ％以上添加すると、共晶Ｓｉ相は微細化さ
れるが、Ｓｒ化合物が晶出し、伸びが低下するようにな
る。このように、本発明のアルミニウム合金鋳物および
その製造方法の原料が、Ｓｒを０．００５〜０．２重量
％含有すれば、アルミニウム合金鋳物の強度および靱性
がより向上し、かつ、安定化する。なお、ここで強度お
よび靱性が安定化するとは、たとえば、伸びの下限値が
上昇しその上限値に近づき、アルミニウム合金鋳物の性
能、すなわち、伸びにほとんどバラツキがなくなるとい
うことである。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例における加圧鋳造装置の主要部断面
図である。

【図２】第１実施例の加圧鋳造装置におけるキャビティ
ーの真空度と巻き込み不良率の関係を示すグラフであ
る。

【図３】アルミニウム合金鋳物のＳｉ添加量を変化させ
たときの伸びの変化を示すグラフである。

【図４】アルミニウム合金鋳物のＳｉ添加量を変化させ
たときの割れ発生率の変化を示すグラフである。

【図５】アルミニウム合金鋳物のＣｕ添加量を変化させ
たときの引張り強度の変化を示すグラフである。

【図６】アルミニウム合金鋳物のマトリックス中のデン
ドライトの大きさを変化させたときの伸びの変化を示す
グラフである。

【図７】アルミニウム合金鋳物の鋳造圧力を変化させた
ときのデンドライトの大きさの変化を示すグラフであ
る。

【図８】本発明のアルミニウム合金鋳物、従来のアルミ
ニウム合金鋳物および従来のアルミニウム合金鍛造品の
伸びと引張り強度の関係を示す散布図である。

【図９】繰返し負荷および非負荷サイクル数と本発明の
アルミニウム合金鋳物および従来のアルミニウム合金鍛
造品の疲労強度の関係を示すグラフである。

【図１０】アルミニウム合金鋳物のＳｒ添加量を変化さ
せたときの共晶Ｓｉ相の最大粒径の変化を示すグラフで
ある。

【符号の説明】

１：キャビティー ２：溶解炉 ３：溶湯供給通路 ４：溶湯 ５：真空ポンプ ６：真空経路 ７：減圧ポンプ ８：減圧経路 ９：リザーバ １０：仕切り部材 １１：連通路 １２：堰部 １３：加圧部材

フロントページの続き (72)発明者 魚住 稔 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 大西 宏和 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 粟野 洋司 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１ 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 清水 吉広 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１ 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 川原 博 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１ 株式会社豊田中央研究所内

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】Ｓｉ：２．５〜４．４ｗｔ％、Ｃｕ：１．
   ５〜２．５ｗｔ％、Ｍｇ：０．２〜０．５ｗｔ％を含み
   残部実質的にＡｌからなり、マトリックス中のデンドラ
   イトの大きさが３０μｍ以下であることを特徴とする高
   強度高靱性アルミニウム合金鋳物。 【請求項２】共晶Ｓｉ相を微細化し強度および靱性をさ
   らに向上させるため、Ｓｒ：０．００５〜０．２ｗｔ％
   をさらに含む請求項１記載の高強度高靱性アルミニウム
   合金鋳物。 【請求項３】Ｓｉ：２．５〜４．４ｗｔ％、Ｃｕ：１．
   ５〜２．５ｗｔ％、Ｍｇ：０．２〜０．５ｗｔ％を含み
   残部実質的にＡｌとなるように、または、Ｓｉ：２．５
   〜４．４ｗｔ％、Ｃｕ：１．５〜２．５ｗｔ％、Ｍｇ：
   ０．２〜０．５ｗｔ％、Ｓｒ：０．００５〜０．２ｗｔ
   ％を含み残部実質的にＡｌとなるように原料を溶解し、
   前記原料の溶湯を２５０〜１５００ｋｇｆ／ｃｍ² の圧
   力を加えて、加圧鋳造により金型に鋳込み、得られた部
   材を溶体化処理することを特徴とする高強度高靱性アル
   ミニウム合金鋳物の製造方法。